KR20120024685A - 단일 전지 및 이를 포함하는 동력 배터리 팩 - Google Patents

단일 전지 및 이를 포함하는 동력 배터리 팩

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KR20120024685A
KR20120024685A KR1020117028651A KR20117028651A KR20120024685A KR 20120024685 A KR20120024685 A KR 20120024685A KR 1020117028651 A KR1020117028651 A KR 1020117028651A KR 20117028651 A KR20117028651 A KR 20117028651A KR 20120024685 A KR20120024685 A KR 20120024685A
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Abstract

단일 전지 및 이를 포함하는 동력 배터리 팩이 제공된다. 단일 전지는 껍질; 껍질의 개방 말단을 밀봉하는 덮개판(4); 껍질 내부에 수용된 전극 코어(1); 껍질 내부의 전극 코어(1)와 연결된 제 1 단부(21), 껍질 외부의 제 2 단부(23) 및 덮개판(4)을 통과하는 제 1 단부(21)와 제 2 단부(23) 사이에 절연 방식으로 연결되는 중간부(22)를 가지며 덮개판(4)을 통과하는 전극 단자(2)를 포함한다. 제 1 단부(21)와 제 2 단부(23)는 서로 연결된 복수의 유연한 전도성 부재(231, 211)에 의해 형성될 수 있다.

Description

단일 전지 및 이를 포함하는 동력 배터리 팩{Single cell and power battery pack comprising the same}
본 출원은 2009년 4월30일 중국특허청에 출원된 중국특허출원 200920131243.3에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전문이 참조로 본 발명에 포함된다.
본 발명은 배터리, 더욱 구체적으로 개선된 구조를 가진 단일 전지 및 이를 포함하는 동력 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리들은 오늘날 더욱더 널리 사용되기 때문에, 향상된 배터리 성능에 대한 요구가 증가하고 있다. 더 높은 전원 출력이, 전기 등과 같은 최신의 장비에 의해 요구된다. 일반적으로, 복수의 단일 전지가 연결되어 동력 배터리 팩을 형성한다. 단일 전지들의 볼트와 너트는 고 전원 출력을 가진 원하는 전원을 형성하기 위해 각각 병렬 및/또는 직렬로 연결되는 양의 전극봉(electrode pole)과 음의 전극봉으로 작용하도록 통상적으로 채택된다. 그러나, 이런 연결(connections)은 무거운 중량 등에 의해 높은 접촉 저항을 일으킬 수 있다.
이러한 관점에서, 본 발명은 배터리 안전성과 출력 성능에 영향을 줄 수 있는 불안정한 연결, 약한 밀봉 문제와 같은 종래기술의 문제들의 적어도 하나를 해결하는 것이다. 따라서, 종래 단일 전지에서 불안전한 연결과 이의 결함 있는 밀봉 성능을 극복할 수 있는 단일 전지가 제공되어 그 결과 더욱 안전하고 신뢰할 수 있는 전지가 제공될 수 있다. 또한, 단일 전지를 포함하는 동력 배터리 팩이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 껍질(shell); 껍질의 개방 말단(end)을 밀봉하는 덮개판; 껍질 내부에 수용된 전극 코어; 껍질 내부의 전극 코어와 연결된 제 1 단부(end portion), 껍질의 외부로 돌출되는 제 2 단부 및 덮개판을 통과하는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 절연 방식으로 연결되는 중간부를 가지며 덮개판을 통과하는 전극 단자를 포함하는 단일 전지가 제공될 수 있다. 제 1 단부와 제 2 단부는 서로 연결된 복수의 유연한 전도성 부재에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 상기한 복수의 단일 전지를 포함하는 동력 배터리 팩이 제공될 수 있다. 단일 전지는 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 본 발명은 여러 개의 상기 단일 전지를 포함하는 동력 배터리 팩을 추가로 제공하며, 복수의 단일 전지들은 서로 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다.
상기한 대로, 단일 전지에 있는 전극 단자의 제 1 단부는 유연한 전도성 시트의 복수의 층을 감거나 겹침으로써 또는 여러 유연한 전도성 와이어를 결합함으로써 형성되어, 전기 코어들 사이에서 슬라이딩과 같은 상대적 움직임은 단일 전지에 있는 연결 부분들에 영향을 주지 않을 수 있다. 또한 용접 등에 의해 형성된 진동은 배터리의 밀봉 구조에 적은 영향을 줄 수 있다.
또한, 단일 전지에 있는 전극 단자의 제 2 단부는 유연한 전도성 시트의 복수의 층을 감거나 겹침으로써 또는 여러 유연한 전도성 와이어를 결합함으로써 형성되어, 전지들의 슬라이딩과 같은 상대적 움직임은 단일 전지에 있는 연결 부분들에 영향을 주지 않거나 제한된 영향을 주는데, 이는 유연한 적층 또는 박층 구조를 가진 단부들은 향상된 유연성과 완충 성능을 가질 수 있기 때문이다. 또한, 상기한 이유들 때문에, 배터리 움직임은 동력 배터리 팩, 특히 전기차의 운행 동안 장기간 진동하는 전기차용 동력 배터리 팩의 출력 성능에 영향을 주지 않거나 제한된 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 이런 및 다른 태양 및 이점은 명백해질 것이고 도면과 함께 다음 설명으로부터 더욱 쉽게 알 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일 전지의 부분 개략도를 나타낸다.
도 2는 전극 단자가 단일 전지에 있는 탭과 연결되어 있는 본 발명의 한 실시예에 따른 단일 전지의 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일 전지들 전극 단자들 사이의 연결 구조의 개략도를 나타낸다.
도 4는 전극 단자들이 서로 슬라이딩하는 도 3의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 전지들의 전극 단자들 사이의 연결 구조의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 동력 배터리 팩의 사시도를 나타낸다.
본 발명은 다음 도면과 설명을 참조하면 더욱 잘 이해될 수 있다. 도면들에서 구성요소는 반드시 정확한 축적일 필요가 없고, 본 발명의 원리들을 설명하기 위해 제공되는 대신 강조한다. 또한, 도면들에서, 유사한 도면 부호들은 다른 도면들 전체에서 상응하는 부품들의 나타낸다.
본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 참조할 것이다. 도면들을 참조하여 기술된 실시예들은 설명을 위한 것이고, 예시적이며 일반적으로 본 발명을 이해하기 위해 사용된다. 실시예들은 본 발명을 제한하지 않는 것으로 해석되지 않아야 한다. 동일하거나 유사한 요소 및 동일하거나 유사한 기능을 가지는 요소들은 명세서 전체에서 유사한 참조 번호로 나타낸다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면들과 함께 더욱 상세하게 기술될 것이다. 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일 전지의 부분 개략도를 나타낸다. 도 2는 전극 단자(2)가 단일 전지에 있는 탭(11)과 연결될 수 있는 본 발명의 한 실시예에 따른 단일 전지의 개략도를 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 껍질(도시되지 않음); 덮개판(4) 및 전극 코어(1)를 포함할 수 있는 단일 전지가 제공될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 대로, 전기 코어(1)는 껍질에 수용될 수 있다. 덮개판(4)은 밀봉 또는 기밀 방식으로 껍질과 연결될 수 있다. 덮개판(4)은 덮개판(4)을 통과하는 전극 단자(2)를 가질 수 있다. 전극 단자(2)는 껍질 내부에 있는 전극 코어(1)와 연결된 제 1 단부(21), 전류를 유도하기 위한 단일 전지 외부로 돌출하는 제 2 단부(23) 및 덮개판(4)을 통과하는 중간부(22)를 포함할 수 있다. 제 1 단부(21)는 단일 전지(6) 내부의 전극 코어(1)의 탭(11)과 연결될 수 있다. 밀봉 구성요소는 전극 단자(2)와 덮개판(4) 사이의 연결을 밀봉하도록 설정될 수 있다. 전극 단자(2)의 제 1 단부(21) 및 제 2 단부(23)는 유연한 전도성 시트(231, 211)의 복수의 층을 감거나 겹침으로써 또는 여러 유연한 전도성 와이어(도시되지 않음)를 결합함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 전극 단자(2)의 제 1 단부(21) 및 제 2 단부(23)는 유연한 전도성 시트(231)의 복수의 층을 감거나 겹침으로써 형성될 수 있으며, 전극 단자들의 재료는 Cu, Al, Ni, 스테인리스강, 탄소강, 니켈강 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 중간부(22)는 통합(integral) 전도성 시트에 의해 형성될 수 있다. 전극 단자(2)의 제 1 단부(21), 중간부(22) 및 제 2 단부(23)는 당업계에 공지된 임의의 방법들에 의해 차례로 연결될 수 있다. 예를 들어, 레이저 용접, 전자빔 용접, 납땜 등과 같은 용접이 채택될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 전극 단자(2)의 제 1 단부(21), 중간부(22) 및 제 2 단부(23)는 통합적으로 형성될 수 있고, 전극 단자(2)는 약 0.5-10mm의 두께, 약 3-200mm의 폭 및 약 3-50mm의 길이를 가질 수 있으며, 전도성 시트의 복수의 층을 겹치거나 감음으로써 구현될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 중간부(22)는 시트들의 복수의 층을 포함하는 통합 금속 시트에 의해 형성될 수 있다. 시트들의 복수의 층은 다음 방법: 열간 압연, 냉간 압연, 합성 및 확산의 하나 이상에 의해 서로 밀봉될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 경질 금속 블록이 채택될 수 있다. 또한, 층들의 수는 본 발명에 따라 제한되지 않으며, 전류, 거칠기 등에 따라 조절될 수 있다. 전도성 시트의 두께는 실질적인 조건에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 두께는 0.5-3mm일 수 있다. 한편, 본 발명의 한 실시예에 따라, 탭(11)에 의해 더 나은 연결을 확보하기 위해, 전극 단자(2)의 제 1 단부(21)의 두께는 양의 탭과 음의 탭의 전체 두께의 0.5-1배일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 전극 단자(2)와 덮개판(4)은 통합적으로 형성될 수 있다. 덮개판(4)은 그 위에 형성된 비아 홀(via hole)(41)을 가질 수 있고, 전극 단자(2)는 전극 단자(2)가 그 안에 고정되도록 그 사이에 제공된 속이 빈 리벳(31) 및 절연 밀봉 부재(32)를 가진 비아 홀(41)을 통과할 수 있고, 속이 빈 리벳(31)은 덮개판(4)과 통합적으로 형성될 수 있다. 절연 밀봉 부재(32)는 속이 빈 리벳(31) 내에 배치될 수 있는 반면 속이 빈 리벳(31)의 개방 말단(311) 주위를 단단히 감싸고 있다. 속이 빈 리벳(31)은 탄성 또는 가소성 변형이 전극 단자(2)를 단단히 밀봉하도록 절연 밀봉 부재(32)를 유지하고 압축할 수 있다. 절연 밀봉 재료(32)에 대한 재료는 당업계에 공지된 임의의 종류의 절연 밀봉 재료일 수 있다. 예를 들어, 절연 밀봉 재료는 절연성, 유기 용매-저항성, HF 산-저항성일 수 있는 임의의 재료일 수 있고 Cu, Al, 스테인리스 강 등과 같은 금속에 부착될 수 있는 플라스틱, 고무, 수지, 유리 또는 세라믹과 같은 재료일 수 있다. 절연 밀봉 재료(32)는 사출 성형 등과 같은 당업계에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다.
전극 코어(1)는 함께 감겨진 양극판, 음극판 및 그 사이에 제공된 격리판에 의해 형성될 수 있고, 반대 방향으로 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양의 탭과 음의 탭을 가진다. 양극판과 음극판은 각각 도포된 영역 및 도포되지 않은 영역을 가질 수 있다. 도포된 영역은 활성 재료로 코팅될 수 있는 반면 도포되지 않은 영역은 보존될 수 있다. 또한, 도포되지 않은 영역은 판의 길이를 방향과 평행할 수 있는 양극판 또는 음극판의 단부를 스크래칭함으로써 형성될 수 있다. 활성 재료는 당업계에 공지된 임의의 양성 또는 음성 재료일 수 있고, 전극판들을 위한 드레싱(dressing) 방법/스크래칭(scratching) 방법뿐만 아니라 제조 방법은 당업계에 공지될 수 있는 임의의 방법일 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 전극 코어(1)는 양극판, 음극판 및 그 사이에 배치된 격리판을 감음으로써 형성될 수 있다. 배터리 안전성 성능을 추가로 개선하기 위해서, 본 발명의 한 실시예에 따라, 전극 코어(1)의 외부층은 격리판 층일 수 있다. 양의 탭 및 음의 탭은 당업계에 공지된 것들일 수 있고, 하나 이상의 탭은 각각 양극판과 음극판 상에 용접될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 양의 탭 및 음의 탭은 도포되지 않은 영역을 감고 압축함으로써 형성될 수 있다. 탭들은 전극 코어(2)의 두 말단으로부터 밖으로 끌어내질 수 있거나 전극 코어(1)의 한 말단으로부터 밖으로 끌어내질 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 양의 탭 및 음의 탭은 반대 방향에 위치할 수 있고 이들은 양극판과 음극판 사이에 제공된 격리판으로부터 연장될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 탭의 두께는 약 0.5-10mm일 수 있고, 폭은 약 3-200mm일 수 있다.
본 발명은 복수의 상기 단일 전지들을 포함하는 동력 배터리 팩을 추가로 제공하였다. 복수의 단일 전지는 병렬, 직렬 또는 병렬 및 직렬로 연결될 수 있다. 직렬 또는 병렬 및 직렬의 연결은 각각 단일 전지들의 전극 단자들(2)의 제 2 단부들(23)을 연결함으로써 구현될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 단일 전지에서 전기 단자(2)의 제 1 단부들(21) 사이의 연결 및 양의 탭, 음의 탭 및 제 2 단부 사이의 연결은 초음파 용접, 레이저 용접, 납땝, 플래시 용접, 마찰 용접, 저항 용접 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는 용접에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 레이저 용접은 적절히 채택될 수 있다.
도 3은 단일 전지의 전극 단자들(2) 사이의 연결 구조의 개략도를 나타낸다. 두 단일 전지의 전극 단자(2)의 제 2 단부(23)의 금속 시트(231)는 부착되고 용접되어, 병렬 또는 직렬로 두 단일 전지를 연결한다. 도 4는 전극 단자들(2) 사이의 연결을 나타내는 반면 단일 전지들 사이의 상대적 미끄러짐이 있다. 도 4에 도시된 대로, 전극 단자(2)의 제 2 단부(23)의 금속 시트는 유연한 완충 특성을 가질 수 있고, 상호 상대적 슬라이딩과 같은 전지의 상대적 움직임 동안 완충부(24)를 형성하며, 따라서 연결 부분(5)에서 단일 전지들 사이의 슬라이딩과 같은 상대적 움직임에서 발생하는 응력에 의해 발생된 영향을 추가로 제한하거나 제거한다. 또한, 전극 단자(2)의 단부에 있는 금속 호일 또는 시트 구조는 전극 단자(2)를 절연 밀봉 부분(3)으로부터 빠져나오게 할 수 있는 덮개판(4)에 있는 절연 밀봉 부분(3) 상의 상호 상대적 움직임의 영향을 완충하여, 동력 배터리 팩의 안정성은 적절하게 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 단일 전지의 전극 단자들(3) 사이의 연결을 나타내며, 두 단일 전지의 전극 단자(2)는 굽은 모양을 가질 수 있다. 전극 단자(2)의 제 2 단부(23)는 레이저 용접을 통해 서로 직접 연결될 수 있어서, 연결부분(5)을 형성한다. 두 단일 전지는 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 전지의 상대적 슬라이딩 동안, 완충부(24)는 직접 손상을 막도록 형성될 수 있다.
상기한 대로, 단일 전지에서 전극 단자(2)의 제 1 단부(21)는 유연한 전도성 시트의 복수의 층을 감거나 겹침으로써 또는 여러 유연한 전도성 와이어(도시되지 않음)를 결합함으로써 형성되어, 전기 코어들(2) 사이에서 슬라이딩과 같은 상대적 움직임은 단일 전지에 있는 연결 부분들에 영향을 주지 않을 수 있다. 또한 용접 등에 의해 형성된 진동은 단일 전지의 밀봉 구조에 적은 영향을 줄 수 있다.
또한, 단일 전지에 있는 전극 단자(2)의 제 2 단부(23)는 유연한 전도성 시트의 복수의 층을 감거나 겹침으로써 또는 여러 유연한 전도성 와이어를 결합함으로써 형성되어, 전지들의 슬라이딩과 같은 상대적 움직임은 단일 전지에 있는 연결 부분들에 영향을 주지 않거나 제한된 영향을 주는데, 이는 유연한 적층 또는 박층 구조를 가진 단부들은 향상된 유연성과 완충 성능을 가질 수 있기 때문이다.
도 3-5에 도시된 대로, 이웃 단일 전지의 전극 단자는 서로 맞대어 결합될 수 있거나(도 3-4) 레이저 용접에 의해 직접 연결될 수 있다(도 5).
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 동력 배터리 팩(200)의 사시도를 나타낸다. 동력 배터리 팩(200)은 각각이 껍질을 포함하는 복수의 단일 전지(6), 껍질에 수용된 전극 코어(1) 및 껍질을 연결하고 밀봉하기 위한 덮개판 어셈블리를 포함한다. 덮개판 어셈블리는 덮개판(4), 덮개판(4)을 통과하는 전극 단자(2) 및 밀봉과 절연을 위하여 절연 부분(3)을 포함할 수 있다. 복수의 단일 전지(6)는 병렬 및/또는 직렬로 전극 단자(2)의 제 2 부분(23)을 연결함으로써 동력 배터리 팩(200)을 형성할 수 있다. 상기한 이유 때문에, 배터리 움직임은 동력 배터리 팩(200), 특히 전기차의 운행 동안 장기간 진동하는 전기차용 동력 배터리 팩의 출력 성능에 영향을 주지 않거나 제한된 영향을 줄 수 있다.
비록 예시적 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 취지와 원리를 벗어나지 않고 실시예들에서 변화, 선택 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 이런 변화, 선택 및 변형은 청구항 및 이들의 균등물의 범위에 모두 속한다.

Claims (11)

  1. 껍질(shell);
    껍질의 개방 말단을 밀봉하는 덮개판;
    껍질 내부에 수용된 전극 코어;
    껍질 내부의 전극 코어와 연결된 제 1 단부, 껍질의 외부로 돌출되는 제 2 단부 및 덮개판을 통과하는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 절연 방식으로 연결되는 중간부를 가지며 덮개판을 통과하는 전극 단자를 포함하며,
    제 1 단부와 제 2 단부는 서로 연결된 복수의 유연한 전도성 부재에 의해 형성되는 단일 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전도성 부재는 각각 전도성 시트 또는 와이어인 단일 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전도성 시트는 감기거나 서로 겹쳐지며 전도성 와이어는 서로 결합되는 단일 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    중간부는 통합 전도성 시트에 의해 형성되는 단일 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    통합 전도성 시트는 서로 절연된 전도성 시트의 복수의 층에 의해 형성되는 단일 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전극 단자의 제 1 단부, 중간부 및 제 2 단부는 통합적으로 형성되며 전극 단자는 약 0.5-10mm의 두께, 약 3-200mm의 폭 및 약 3-50mm의 길이를 가지는 단일 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    덮개판은 그 위에 형성된 비아 홀을 가지며, 전극 단자는 전극 단자가 그 안에 고정되도록 그 사이에 제공된 속이 빈 리벳 및 절연 밀봉 부재를 가진 비아 홀을 통과하며, 속이 빈 리벳은 덮개판과 통합적으로 형성되며 절연 밀봉 부재는 속이 빈 리벳 내에 배치되는 반면 속이 빈 리벳의 개방 말단 주위를 단단히 감싸고 있는 단일 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    전극 코어는 함께 감겨진 양극판, 음극판 및 그 사이에 제공된 격리판에 의해 형성되며, 반대 방향으로 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양의 탭과 음의 탭을 가지는 단일 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 1 단부는 양의 탭과 음의 탭의 전체 두께의 0.5-1배의 두께를 가지는 단일 전지.
  10. 병렬, 직렬 또는 병렬 및 직렬로 연결되는 제 1 항에 따른 복수의 단일 전지를 포함하는 동력 배터리 팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    이웃하는 단일 전지들의 전극 단자들은 서로 맞대여 결합하거나 레이저 용접에 의해 직접 연결되는 동력 배터리 팩.
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